DE3639239A1 - Fluessigkeitsgekuehlter widerstand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Widerstand, bestehend aus einem Hohlkörper und einem in seinem Innenraum angeordneten Widerstandsträger mit aufgewickeltem Widerstandsdraht, wobei der Hohlkörper und der Widerstandsträ­ ger aus Isoliermaterial bestehen und durch einen einen Kühl­ kanal bildenden Zwischenraum voneinander beabstandet sind, der am unteren Ende des Hohlkörpers mit einem Kühlmittelzufluß und am oberen Ende des Hohlkörpers mit einem Kühlmittelabfluß in Verbindung steht.

Ein solcher flüssigkeitsgekühlter Widerstand ist aus der DE-PS 6 87 083 bekannt. Der dort beschriebene flüssigkeitsge­ kühlte Widerstand besteht aus einem zylindrischen Gehäuse als Hohlkörper und einem in ihm konzentrisch angeordneten zylinder­ förmigen Körper, auf den ein Widerstandsdraht aufgewickelt ist. Zwischen beiden Körpern befindet sich der von Kühlflüssigkeit durchströmte Flüssigkeitskanal, der unten und oben von Armaturen für den Kühlmittelzufluß und -abfluß abgeschlossen ist. Wegen des großen Strömungsquerschnitts wird nur eine geringe Strö­ mungsgeschwindigkeit erreicht, wodurch die Intensität der Was­ serkühlung nicht voll ausgeschöpft wird. Außerdem hat dieser flüssigkeitsgekühlte Widerstand aufgrund der Gestaltung der Wicklung des Widerstandsdrahtes einen hohen induktiven Anteil und dadurch eine hohe induktive Zeitkonstante.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen flüssig­ keitsgekühlten Widerstand der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß die Induktivität der Wicklung sich erheblich ver­ ringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Widerstandsträger aus einem stabförmigen Körper mit radial ange­ ordneten Armen besteht, auf denen der Widerstand bidirektional aufgewickelt ist, dessen Enden jeweils mit einem elektrischen Anschluß verbunden sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Widerstandsträ­ gers und der bidirektionalen Wicklung wird erreicht, daß die Stromrichtung in den benachbarten Windungen entgegengesetzt ist, wodurch der induktive Anteil und damit die induktive Zeit­ konstante erheblich verringert ist. Durch diese Gestaltung des Widerstandsträgers ist der Hohlkörper zweiteilig und quader­ förmig ausgebildet. Dadurch kann man den Strömungsquerschnitt wesentlich verringern, wobei trotzdem die Widerstandswicklung intensiv gekühlt wird. Somit erhält man einen flüssigkeitsge­ kühlten Widerstand, der eine geringe induktive Zeitkonstante und eine hohe Verlustleistung hat.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des flüssigkeitsgekühl­ ten Widerstands ist als Widerstandsträger ein Hohlkörper vorge­ sehen, der mit axial angeordneten Düsen versehen ist und der mit dem Kühlmittelzufluß verbunden ist. Durch diese Ausgestal­ tung des Widerstandsträgers wird das Kühlmittel direkt durch die Düsen gezielt auf die Wicklung geführt. Somit wird die Kühl­ wirkung des Kühlmittels und die Verlustleistung des Widerstands weiter gesteigert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des flüssig­ keitsgekühlten Widerstands sind jeweils eine Düse oberhalb bzw. unterhalb der Arme des Widerstandsträgers angeordnet. Dadurch wird die Kühlflüssigkeit direkt auf die Auflagefläche der Arme für den Widerstandsdraht gerichtet. Somit werden diese Berüh­ rungsstellen besonders gekühlt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des flüssigkeits­ gekühlten Widerstands bestehen die Arme jeweils aus einem stab­ förmigen Körper, wobei jeweils die Auflagefläche für den Wider­ standsdraht gewölbt ist. Durch diese Gestaltung der Arme kann der Widerstandsdraht so aufgewickelt werden, daß die mechanische Beanspruchung möglichst gering ist. Außerdem werden die Arme dadurch schmal, ohne dabei an Stabilität zu verlieren.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des flüssigkeits­ gekühlten Widerstands sind die elektrischen Anschlüsse innerhalb des Hohlraums jeweils mit einer Spitze versehen, die einander zugewandt sind. Dadurch wird der Widerstandsdraht vor elektro­ chemischer Abtragung geschützt, die infolge nennenswerter Elek­ trolyseströme bei hohen Spannungen zwischen den Enden der Wick­ lung auftreten können.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines flüssigkeits­ gekühlten Widerstands nach der Erfindung, in FIG. 2 ist eine Vorderansicht II-II des Widerstandsträgers nach Fig. 1 veranschaulicht und die Fig. 3 zeigt die Wickelvorschrift des Widerstandsdrahtes.

Die Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines flüssig­ keitsgekühlten Widerstandes, insbesondere einen Beschaltungs­ widerstand für Hochspannungsstromrichteranlagen, der aus einem Hohlkörper 2 und einem Widerstandsträger 4 besteht. Der Hohl­ körper 2 ist quaderförmig und besteht aus den beiden Teilen Kappe 6 und Grundplatte 8. Die Kappe 6 ist mit einem umlaufen­ den Flansch 10 versehen, wodurch die Kappe 6 mit der Grundplatte 8 verschweißt, verklebt oder flüssigkeitsdicht verschraubt wer­ den kann. Die Grundplatte 8 ist mit einem Kühlmittelzufluß 12 und mit zwei elektrischen Anschlüssen 14 und 16 versehen. Die Kappe 6 ist am oberen Ende mit einem Kühlmittelabfluß 18 ver­ sehen. Als Kühlmittel wird in bekannter Weise hochreines Wasser mit einer Leitfähigkeit von < 0,5 µS/cm verwendet. Außerdem umhüllt die Kappe 6 den Widerstandsträger 4 ganz eng, damit der Strömungsquerschnitt auf ein Minimum reduziert wird. Dadurch erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, wo­ durch die Intensität des Kühlmittels voll ausgeschöpft wird. Als Widerstandsträger 4 ist ein stabförmiger Hohlkörper 20 vorgese­ hen, an dem zwei Arme 22 und 24 radial angebracht sind, und der mit dem Kühlmittelzufluß 12 verbunden ist. Diese beiden Arme 22 und 24 sind ebenfalls axial übereinander angeordnet. Ein Wider­ standsdraht 26 ist bidirektional auf diese Arme 22 und 24 aufge­ wickelt, wobei ein Ende 28 des Widerstandsdrahts 26 über eine Bohrung 29 im Arm 24 mit dem elektrischen Anschluß 14 und das andere Ende 30 des Widerstandsdrahtes 26 über eine Bohrung 31 im Arm 24 mit dem elektrischen Anschluß 16 verknüpft ist. Außer­ dem ist der Hohlkörper 20 des Widerstandsträgers 4 mit axial angeordneten Düsen 32, 34, 36 und 38 versehen. Die Düse 32 bzw. 34 ist oberhalb bzw. unterhalb des Arms 22 bzw. 24 angebracht. Mit Hilfe der Düsen 32, 34 und 36, insbesondere durch die Düsen 32 und 34, wird das Kühlmittel gezielt dem Widerstandsdraht 26 zugeführt. Durch die Düsen 32 und 34 wird der Widerstandsdraht 26, der die Auflagefläche 40 bzw. 42 des Arms 22 bzw. 24 be­ rührt, besonders gekühlt. Mit Hilfe der Düse 38 gelangt das Kühlmittel zu den elektrischen Anschlüssen 14 bzw. 16. Bei hohen Spannungen können nennenswerte Elektrolyseströme zwischen den Enden 28 und 30 des Widerstandsdrahts 26 auftreten. Diese Elektrolyseströme verursachen einen elektrochemischen Abtrag. Damit die Enden 28 und 30 des Widerstandsdrahtes 26 davor ge­ schützt sind, sind die elektrischen Anschlüsse 14 und 16 je­ weils mit einer Spitze 44 bzw. 46 versehen.

In Fig. 2 ist die Vorderansicht II-II des Widerstandsträgers 4 nach Fig. 1 dargestellt. Der bidirektional gewickelte Widerstands­ draht 26 ist durch eine unterbrochene Linie dargestellt. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die elektrischen Anschlüsse 14 und 16 nicht dargestellt, so daß die Enden 28 und 30 des Wider­ standsdrahts 26 im Freien enden. Bei dieser bidirektionalen Wicklung des Widerstandsdrahtes 26 wechselt der Wicklungssinn von Windung zu Windung, wodurch der Widerstandsdraht 26 sich zwischen den Armen 22 und 24 räumlich kreuzt. Die stabförmigen Arme 22 und 24 bestehen jeweils aus einem keilförmigen und einem bogenförmigen Teil 48 und 50. Dabei hat der keilförmige Teil 48 eine Stützfunktion, der das durch das Wickeln verursachte Dreh­ moment abstützen muß, und der bogenförmige Teil 50 dient als Auflagefläche 40 bzw. 42 für den Widerstandsdraht 26. Der Radius des bogenförmigen Teils 50 richtet sich nach der Drahtstärke des Widerstandsdrahts 26. Durch die Düsen 32 und 34 wird der gebogene Widerstandsdraht 26, von dem jeweils ein Teil durch die Auflagefläche 40 bzw. 42 abgedeckt ist, intensiv gekühlt, wodurch die Verlustleistung des flüssigkeitsgekühlten Wider­ stands vergrößert wird.

Fig. 3 zeigt den Wickelsinn des Widerstandsdrahts 26, der auf die Arme 22 und 24 des Widerstandsträgers 4 aufgewickelt ist. Dabei beginnt man vom Ende 28 des Widerstandsdrahts 26 am unte­ ren Arm 24, wobei der Widerstandsdraht 26 durch die Bohrung 29 im Arm 24 verläuft und führt den Widerstandsdraht 26 über den oberen Arm 22 zum unteren Arm 24 und wieder zum Arm 22. Von dort geht man von einer Wickelrichtung im Uhrzeigersinn zu einer Wickelrichtung gegen den Uhrzeigersinn, indem man den Widerstandsdraht 26 diagonal zwischen den Armen 22 und 24 führt. Vom unteren Arm 24 führt man dann gegen Uhrzeigersinn des Widerstandsdraht 26 zum Arm 22 und zurück zum Arm 24. Vom Arm 24 führt man nun den Widerstandsdraht 26 wieder diagonal zwischen den beiden Armen 22 und 24 zum oberen Arm 22. Von dort führt man dann den Widerstandsdraht 26 im Uhrzeigersinn zum Arm 24 und zurück zum Arm 22. Das freie Ende 30 des Widerstands­ drahtes 26 kann nun durch die Bohrung 31 im Arm 24 zum elektri­ schen Anschluß 16 geführt werden. Damit besteht der Widerstand jedoch nur aus drei Windungen. Mit diesem Wickelsystem, wobei nach jeder Windung der Wickelsinn geändert wird, kann man beliebig viele Windungen auf die Arme des Widerstandsträgers 4 aufwickeln, bis ein vorbestimmter Widerstandswert erreicht ist. Die einzelnen Windungen sind fortlaufend nebeneinander angeordnet, wie es die Fig. 1 zeigt. Durch dieses Wickelsystem wird erreicht, daß die Stromrichtung in benachbarten Windungen entgegengesetzt ist. Dadurch ist die Induktivität des gewickel­ ten Widerstands sehr klein. Somit erhält man einen flüssig­ keitsgekühlten Widerstand mit einer geringen induktiven Zeit­ konstante.

Claims (5)

1. Flüssigkeitsgekühlter Widerstand, bestehend aus einem Hohl­ körper (2) und einem in seinem Innenraum angeordneten Wider­ standsträger (4) mit aufgewickeltem Widerstandsdraht (26), wo­ bei der Hohlkörper (2) und der Widerstandsträger (4) aus Iso­ liermaterial bestehen und durch einen einen Kühlkanal bildenden Zwischenraum voneinander beabstandet sind, der am unteren Ende des Hohlkörpers (2) mit einem Kühlmittelzufluß (12) und am oberen Ende des Hohlkörpers (2) mit einem Kühlmittelabfluß (18) in Verbindung steht, dadurch gekennzeich­ net, daß der Widerstandsträger (4) aus einem stabförmigen Körper mit radial angeordneten Armen (22, 24) besteht, auf denen der Widerstandsdraht (26) bidirektional aufgewickelt ist, dessen Enden (28, 30) jeweils mit einem elektrischen Anschluß (14, 16) verbunden sind.

2. Flüssigkeitsgekühlter Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wider­ standsträger (4) ein Hohlkörper (20) vorgesehen ist, der mit axial angeordneten Düsen (32, 34, 36, 38) versehen ist und der mit dem Kühlmittelzufluß (12) verbunden ist.

3. Flüssigkeitsgekühlter Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Düse (32, 34) oberhalb bzw. unterhalb der Arme (22, 24) angeordnet ist.

4. Flüssigkeitsgekühlter Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (22, 24) jeweils aus einem stabförmigen Körper bestehen, wobei jeweils die Auflagefläche (40, 42) für den Widerstandsdraht (26) gewölbt ist.

5. Flüssigkeitsgekühlter Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elek­ trischen Anschlüsse (14, 16) innerhalb des Hohlkörpers (2) jeweils mit einer Spitze (44, 46) versehen sind, die einander zugewandt sind.